太陽光発電

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太陽光発電（たいようこうはつでん、Photovoltaic power generation）は、太陽電池を利用し、太陽光のエネルギーを直接的に電力に変換する発電方式である。ソーラー発電とも呼ばれる。再生可能エネルギーの一種であり、太陽エネルギー利用の一形態である。

太陽光発電装置は一般に導入時の初期費用が高額となるが、メーカー間の競争によって性能向上と低価格化や施工技術の普及も進み、運用と保守の経費は安価であるため、世界的に需要が拡大している。昼間の電力需要ピークを緩和し、温室効果ガス排出量を削減できるなどの特長を有し、低炭素社会の成長産業として期待されている。

砂漠に設置された大規模太陽光発電所（米国）
建物一体型の太陽光発電(BIPV)システム（スペイン）
一般家庭の屋根に載せた太陽光発電システム（米国）

この項では、主に発電方式としての太陽光発電について述べる。発電の原理や太陽電池の種類などについては、「太陽電池」の項を併せて参照されたい。

目次

[編集] 特徴

国際宇宙ステーションの太陽電池パネル
灯台の電源として用いられている太陽光発電設備の例

[編集] 長所

  • 装置
    • 発電部（セル）は原理的に可動部分が無く、磨耗等による機械的な故障が起きない（太陽電池#原理を参照）
    • 規模に関わらず発電効率が一定であるため、小規模・分散運用に向いている
    • 発電時に廃棄物・温排水・排気・騒音・振動などの発生がない
    • 出力ピークが昼間電力需要ピークと重なり、需要ピーク電力の削減に効果がある[1]
  • 設置位置
    • 需要地に近接して設置できるため、送電のコストや損失を最小化できる
    • 非常用の電源となりうる
    • 運搬・移動に適した製品も造れる
    • 他の発電方式と比較して設置の制限条件が少ない。建築物の屋根や壁面にも設置できるため、土地を占有せずに設置することが可能
  • 社会
    • 構成材料の大部分がリサイクル可能
    • 輸出産業として利益が見込める
    • 設置国のエネルギー自給率を向上させる
    • 稼働に化石燃料を必要としないのでエネルギー安全保障上有利になる（製造等に必要なエネルギーについては#エネルギー収支を参照）
    • 発電時に温室効果ガスを排出せず、設備製造等での排出も比較的少ない（#温室効果ガス（GHG）排出量を参照）

[編集] 短所

  • 単純な発電電力量当たりのコストが他の発電方法に比べて割高な場合が多い（#発電コストを参照）
  • 夜間は発電せず、昼間でも天候等により発電量が大きく変動する[2]
  • 配電系統へ連系する場合、設備量の増加に伴って系統インフラの改造（スマートグリッド等）が必要
  • 設置面積当たりの発電量が集中型の発電方式に比べて低い
  • スケールメリットが効かないため、設置規模を大きくしても発電効率が向上しない（製造コスト等についてはスケールメリットが効く）
  • 高温時に出力が落ちる[3]（太陽熱発電と逆の特性。温度の影響参照）
  • 影、汚れ、火山灰・降雪等で遮蔽されると、その分出力が落ちる[3][4][5]

[編集] 設置場所

太陽光発電は設置する場所の制約が少ないのが特徴であり、腕時計から人工衛星まで様々な場所で用いられる。

地上に直接設置することも可能であるが、太陽光を十分に受けることができ、パネルの重量に耐えることができる場所であれば屋根や壁など建造物の様々な場所に設置が可能である[6][7]。また近年は軽量で柔軟なフレキシブル型太陽電池も開発されており、取り付けの自由度が高まっている[8]。

[編集] 装置構成

住宅用太陽光発電設備(系統連系型)の大まかな構成例[9][10]

太陽光発電装置は主に以下の要素から構成される[9][10]。

  • 太陽電池パネル
  • 架台
  • 接続箱
  • パワーコンディショナ
    • インバータ
    • 保護回路
  • （直流側／交流側 開閉器）
  • （売電用電力メーター）

電化されている地域では電力会社の電力網や送電線網に接続される「系統連系型」が用いられる。蓄電池は必須ではない。 太陽電池パネルの出力は接続箱を経由して取り出される。独立型のインバータやパワーコンディショナでは接続箱との間に直流側開閉器が備わり、系統連係型のパワーコンディショナでは接続箱との間に直流側開閉器が、分電盤との間に交流側開閉器が備わっている。売電するシステムでは、売電用の電力メーターが買電力用のメーターと直列につながっている[9]。

未電化地域、宇宙・離島のような遠隔地、道路標識のような小電力用途等では、系統に繋がず、蓄電や他の電源を組み合わせた独立型（独立蓄電型）の構成が用いられる。

住宅用の系統連系型では蓄電池を置かない場合が多いが、家庭用の蓄電池製品も出現し始めている[11][12]。

[編集] 発電コスト

欧州における太陽光発電の発電コストの見通し[13]
各種発電所の設備容量あたりの建設単価予測 (2050年)[14]

（詳しくは太陽光発電のコストを参照）

太陽光発電の発電コストは他の電源の数倍とも言われる。電力量あたりのコストでは価格競争力が不足するため、現時点では普及促進に際して助成が必要とされる[15]。普及に伴い、ほぼ経験曲線効果に従って価格が低下し続けている[16]。既に一部地域では、グリッドパリティが達成されていると見られる[17]。中長期的には、コストが最も安い発電手段の一つになると見られている[14]。

受電端の電力価格と同等のコストになるグリッドパリティはモジュール価格にして1ドル/Wpが目安とされていたが、2011年時点でそれより安い価格で出荷されている例が出現している[18]。また、さらなるコスト低減を表明している企業もある[19]。 欧州主要国（フランス・ドイツ・イギリス等）では、2020年までに順次、既存の火力発電とコストで競い始めると見られている[20]。 米国の条件の良い地域では、2012～2014年頃に天然ガス等の発電コストよりも安くなり始めると見られる[21]。 日本国内においては、補助金が中断した2005年頃から価格は増加傾向を示した[22]が、その後新たな普及促進政策が施行されてから再び下がり始めている[23]（太陽光発電のコスト#政策も参照）。 蓄電池を用いた独立型システムにおいても、今後の価格低下と途上国などでの普及拡大が予測されている[24]。

設備導入費用の内訳においては、太陽電池モジュール（パネル）以外の工事・流通・周辺機器等の費用の割合が大きくなっている。2011年時点で、パネル製造費の割合は２割程度等とされる[25]（太陽光発電のコスト#コスト構造も参照）。

太陽光発電のコストは、一般的に設備の価格でほぼ決まる。運転に燃料費は不要であり、保守管理費用も比較的小さい。エネルギーセキュリティ向上などの付加的なコスト上のメリットも有する。また特に昼間の需要ピークカットのコスト的メリットが大きいとされる（[26]P.131-132, [27]P.131など）。途上国で送電網が未整備な場合、消費電力に比して燃料輸送費や保守費が高い場所など（山地、離島、砂漠、宇宙等）では、現段階でも他方式に比較して最も安価な電源として利用されている。

太陽光発電そのもののコストのほかに、火力発電の発電量の削減を進めるに伴い、需要と供給の各種変動のギャップを埋める費用の発生も見込まれている。これは風力発電や原子力発電など他の電源も関連する事項である。送電網の機能強化や需要側の制御も含めたスマートグリッドなどの総合的な対策が各国で検討・推進されている[28][29][30]。

[編集] 利用形態

[編集] 独立蓄電

パーキングメーターへの利用例
街路灯で風力発電と併用される。

発電した電力を二次電池に蓄電してその場で利用し、外部送電網に接続しない形態。夜間や悪天候時の発電量低下時も太陽光発電のみで電力を供給したい場合に利用される。後述の系統連系に比して、蓄電設備のコスト（金銭・エネルギー・CO2排出量）が増えるため、外部からの送電コストが上回る場合や、移動式や非常用の電源システムなどに用いられる。一般に消費電力が比較的少なく、送電網から遠い場合にメリットが大きくなる。また送電網にごく近い場合でも、送電電圧が高い場合はやはり太陽光発電による独立電源システムが安くなることがある。一般向けに、手の平程度の大きさの最大電力点追従装置(MPPT)に自動車用バッテリーを組み合わせる製品なども市販されている[31]。以下、利用例を幾つか列挙する。

  • 携帯用小型機器
携帯用小型機器では、電卓・ライト・腕時計など、消費電力の少ない携帯機器を一次電池や商用電源による充電不要で利用するために超小型のものが使用される。小型一次電池による電力が比較的高価なためコストの面でも効果がある。電気二重層コンデンサによる蓄電も行われる。
  • 送電網が未熟な国々や地域で民生用電化製品の電源として利用
  • 無線通信網の中継局や航空管制局[32]
  • 燃料の輸送や冷却水の確保が難しい地域の電源として利用
  • 庭園灯や街路灯、駐車券発行機などでメンテナンスや配線のコスト削減のために利用
  • 非常時の電源確保
  • 軍用、キャンプ用（可搬式）
  • 自動車のバッテリー補助
愛好家がハイブリッド車に載せるなどの例がみられる[33]。2009年にはトヨタがプリウスがソーラーパネルによる換気システムを搭載できるようになる[34]。
  • 船舶のエネルギー源
船舶の補助動力としての利用も検討されている。2008年、日本郵船と新日本石油（現：JX日鉱日石エネルギー）が自動車運搬船で試験することを発表している[35]。
  • 宇宙空間での利用
地球を回る人工衛星や、太陽に近い所を飛ぶ惑星探査機などに使われている。なお木星など遠距離の惑星へ行く惑星探査機は、太陽からのエネルギーが小さくなってしまうため太陽光発電は通常使われない。
  • 灯台用電源
小型灯台では白熱電球から高光度LED灯器に切り替えるのに合わせて、商用電源から太陽電池に順次置き換えられている。[36]

[編集] 系統連系

集合住宅での利用例

太陽光発電システムを、電力会社の送電網に繋げる形態を系統連系という。太陽電池モジュール→パワーコンディショナー→商用電源という接続形態を取る。発電量が設置場所での利用量を上回る分は電力会社に買い取ってもらう（売電）。また、売電電力を送電網に送ることを逆潮流と呼ぶ。夜間や悪天候時など、発電量を利用量が上回る時は系統側からの電力供給で補う。独立蓄電形態のような大容量の蓄電設備が不要なため、コスト・GEG排出量・ライフサイクル中の投入エネルギーが最小限で済む。近くに送電網が来ている場合は、通常この形態で利用する。

[編集] 出力変動

太陽光発電は天候や気温によって出力が変動し、曇天時や雨天時は晴天時に比較して大幅に発電量が低下する。また夜間は発電しない。系統連系においては、変動が速すぎると他の電源による調整が追いつかなくなるおそれがある。この変動への対応は、大きく2種類の変動への対応に分けられる[37]。

比較的短い周期（数秒-数十分）の変動について:: 太陽光発電のような分散型電源に於いては、規模が大きくなり、設置場所が分散するほど速い変動成分が平滑化され、電源網側での対処が容易となる。これはならし効果と呼ばれ、これによってある程度の導入量までは問題は無いとされる[37]。米国などにおける調査では、特別な対策をしなくても系統負荷の3割以上の設備容量の系統連系が可能とされている（[26]P.261）。その程度までの連系容量については、過去の大規模な実証試験において、変動は電力網側の調整余力で対応可能であり、送電網全体では送電コスト低減などによるメリットが上回ると報告されている（[26],P.300など）。連系する容量がある程度以上増加すると、それに応じた変動対策が必要になるとされる[37]。また将来的にはスマートグリッドなど、他の発電方式や電力需要側も含んだ系統全体での包括的対策が必要と考えられている（#発電コストを参照）。

比較的長い周期（数時間-数日）の変動について: 系統連系が主体の導入形態の場合、導入量が少ない段階では、この変動については当面大きな心配は無いとされる[37]。普及が進んで昼間の電力が余るようになると、蓄電設備によって余剰分を他の時間帯に回すなどの対策の必要性が生じる。また独立形のシステムなどで電力の殆どを太陽光発電に頼る場合などは、何らかの蓄電装置を追加して需給の差を埋める（#独立蓄電を参照）。

モジュールを様々な方向に向けて設置している場合、個々の方向で出力が最大になる時間帯がずれるため、正午の瞬間最大出力が低くなる代わりに、他の時間帯の出力が増加する。一方、電力の需要量は時間帯によって変動し、一般的に午前よりも午後の方が大きい[38]。このため固定式のモジュールの場合、電力需要との整合性を取る観点からは、真南よりも多少西向きに設置するのが好ましい。米国サクラメント市における解析例では、20度の傾斜を持たせて設置する場合、真南から30度西にずらすと、総発電量は約1%減少するが、容量が系統に貢献する度合いは25%近く増加し、全体では経済的価値が大きくなると報告されている[39]。また冷房需要の多い地域では、日照と電力需要の相関関係が高くなるため、太陽光発電の価値が相対的に高くなる（[26],P.231など）。

[編集] 最大電力点追従制御

最大電力点追従制御　(Maximum power point tracking、MPPT)　は、インバーターが太陽電池からの電圧と電流の積である電力が最大になる出力電圧で電流を取り出す制御機能である。この機能を使用することにより太陽光の日射量に応じて最適の条件で電力を供給できる。インバーターが直流/交流変換動作を行わない状態では，太陽電池の出力電流がゼロで，出力電圧は開放電圧(Open circuit voltage;Voc)である。インバータが変換動作を行うと太陽電池から電流が流れるとともに太陽電池の電圧が下がる。インバータの電流制御によって除々に太陽電池の出力電流を増やした時にインバータを通過する電力が増えればさらに電流を増やし，逆に電力が減れば電流を減らす方法によって最大電力点に到達する。この制御方法を山登り法と呼ぶ。住宅用太陽光発電用インバータでは，太陽電池がアモルファス，結晶系など，多様な電流・電圧特性を持つので，いずれの特性の太陽電池に対しても安定に最大電力点に追従して運転することが求められる。そのために，最大電力追従のための一回の電流の変化幅と変化の速さ・頻度を選ぶことが重要である。最大電力点追従制御は，インバーターの直流の運転電圧を，太陽電池アレイと直流ケーブルを通した最大電力点の電圧に近付ける働きをする。最大電力点追従制御は太陽光発電システムの使用者には実際の測定がむずかしく，インバーターの直流／交流変換の効率と同じく，製造者による性能表示が重要である。

[編集] 発電部の構成と特殊な製品例

[編集] セル、モジュール、アレイ

結晶シリコン型太陽電池（セル）の代表的構造
多結晶シリコン型太陽電池（セル）

2010年現在は、発電部分に用いられる太陽電池は小さな素子であるため、これを多数平面状に配列することで発電パネルは構成される。この配列は以下のような階層構造になっていることが一般的である。

セル
太陽電池の単体の素子は「セル」(cell) と呼ばれる。素子中の電子に光エネルギーを吸収させ、光起電力効果によって直接的に電気エネルギーに変換する（詳しくは太陽電池の原理を参照）。1つのセルの出力電圧は通常 0.5-1.0V である。複数の太陽電池を積層したハイブリッド型や多接合型では1セルの出力電圧そのものが高くなる。必要な電圧を得られるよう、通常は複数のセルを直列接続して用いる。また幾つかの薄膜型太陽電池では、複数の直列接続されたセルを1枚の基板に作り込むことで、小型でも高い電圧を発生でき、セルを直列接続する結線工程も省力化できる。
モジュール
セルを直列接続し、樹脂や強化ガラス、金属枠で保護したものを「モジュール」(module) または「パネル」(panel) と呼ぶ。モジュール化により取り扱いや設置を容易にするほか、湿気や汚れ、紫外線や物理的な応力からセルを保護する。モジュールの重量は通常、屋根瓦の1/4-1/5程度である。なお、太陽光発電モジュールは「ソーラーパネル」(solar panel) と呼ばれることもあるが、この名称は太陽熱利用システム（太陽熱温水器など）の集熱器に対しても用いられる。
ストリング
モジュールを複数枚数並べて直列接続したものを「ストリング」(string) と呼ぶ[9]。
アレイ
ストリングを並列接続したものを「アレイ」(array) と呼ぶ[9]。

[編集] モジュール製品の例

用途や環境に応じて、下記のように様々な種類の製品が市販されている。

  • 太陽電池セルとセルの間に隙間を作り、光を透過させる機能も併せ持つもの（タミヤ製作所の項を参照）
  • 高効率で、より少ない設置面積で済むもの
  • 高温環境でも性能の落ちにくいもの（温度の影響の項を参照）* 強風対策品
  • 塩害対策品
  • 低角度設置に対応して、特に汚れが落ちやすくしたもの
  • 反射光を軽減して周囲に配慮したもの
  • 網目状のセルを使用し、ある程度の光を透過させるもの（半透過型；窓やビル壁面などに利用）
  • 着色して意匠性を持たせたもの
  • 軽量にして屋根への負担を特に軽減したもの
  • 裏面からも光を取り入れ、周囲からの反射・散乱光も利用して発電するもの
  • フレキシブルで持ち歩きが容易なもの
  • 建造物の平面や曲面に接着剤で貼り付けるだけで設置できるもの

[編集] 経年劣化と寿命

太陽光発電システムには大部分の製品が稼働できると推測される「期待寿命」と、メーカーが性能を保証する「保証期間」がある。メーカーの製造ミスなどで早期に出力低下などのトラブルが起こることもある。通常の経年劣化による出力低下は20年で１割未満と報告されている。

  • 屋外用大型モジュールの場合、過去の製品の結果などから、一般的には期待寿命は20-30年以上と考えられている[40][41]。なお一般の家電製品同様、期待寿命は明確に定まっているわけではなく、統一された基準も無い。
  • メーカー等による屋外用モジュールの保証期間としては、10-25年ぐらいの性能保証を付けて市販される例が見られる[42]。
  • モジュールは年月と共にゆっくりと性能が低下する。低下量は結晶シリコン等の場合、多くの製品は20年間で1割未満と報告されている[41]。
  • モジュールの強化ガラスとセルとの間には通常EVA等の樹脂が充填される。昔の製品ではこの樹脂が紫外線で黄変（browningまたはdarkening）して性能が急速に劣化する場合があったが、樹脂の改良やガラスにセリウムを添加するなどの対策で解決された[43][44][45]。
  • 経年劣化によって発生する代表的な変化としては、セルを固定しているEVAなどの樹脂がはがれたり（delamination)、湿気がモジュール内部に侵入して電極の腐食を起こすなどの例が挙げられる[46][47]。製造企業の技量不足により、比較的早期に発生して交換の対象になる例もある[48]。
  • アモルファスシリコンを用いたモジュールは屋外光で劣化しやすかったが、これも現在では長寿命化され、20年以上の性能を保証する製品も出現している[49]。太陽電池の項も参照。
  • 太陽電池の型式によっては、使用開始時に数%程度性能が低下し、その後安定する挙動を示す（初期劣化）。定格値としては初期劣化後の値（安定化効率）が用いられる[50][51]。
  • 製品の寿命を予測するための加速試験手法としては塩水噴霧や紫外線照射、高温多湿（Damp Heat）環境試験などが用いられる。検証手段としては実際に屋外の環境に晒すフィールドテストが1980年代から大規模に行われ、現在20数年分のデータが蓄積されている[52]。
  • パワーコンディショナーなどの周辺機器にも寿命（10年〜）があり、部品交換などのメンテナンスが必要である。参考データの項も参照。
  • 人工衛星の電源など宇宙空間での利用においては、温度差200℃程度の範囲に及ぶ周期的な温度変化、打ち上げ時の振動、放射線による劣化などに対応できる必要がある[53][54]。このためモジュール（パドル）の構造、セルの材料や構造など各部にわたって対策が施される。
  • 太陽光発電モジュールは長寿命であるため、それを取り付ける架台および施工部分にも長寿命が求められる。また一般の建築物同様に数年ごとの保守点検が推奨され、メーカーや代理店によっては定期保守点検のプランを用意している場合もある。点検項目のガイドラインとしては日本電機工業会が定めたものなどがある[55]。

[編集] 発電可能な量

[編集] 資源量

地球上の太陽光エネルギー資源量の分布（1991-1993年の平均、昼夜の変化や天候の影響含む）。黒点は、変換効率を8%と仮定して世界の主要エネルギー源を太陽光で十分賄うために必要な面積を表す。（英語版"Solar energy"より）
ドイツ、EU25カ国および全世界の需要と等しい電力を太陽エネルギーで発電するのに必要な面積[56]

太陽から地球全体に照射されている光エネルギーは膨大で、地上で実際に利用可能な量でも世界のエネルギー消費量の約50倍と見積もられている[57]。たとえばゴビ砂漠に現在市販されている太陽電池を敷き詰めれば、全人類のエネルギー需要量に匹敵する発電量が得られる計算になる[58]。

太陽光発電システムの生産に必要な原料も基本的に豊富であり、少なくとも2050年頃までに予測される需要は十分に満たせるとされる[59]。シリコンを用いる太陽電池では、資源量は事実上無限とされる。またシリコンを用いない太陽電池についてはインジウムなどの資源が将来的に制約になる可能性があるが、技術的に使用量を節約することで2050年以降も利用可能ではないかと見られている[59]。なお、太陽電池用シリコン原料の供給は2008年までは逼迫して価格も高止まりしていたが、各社の増産が追いつくことで2009年からは価格の低下が予測されている[60]。太陽電池専用のシリコン原料（ソーラーグレードシリコン）の生産技術も様々なものが実用化されており、精製に必要なエネルギーやコストも大幅に削減されると見られている。

「太陽光発電の資源量」も参照

[編集] 日本国内で導入可能な規模、導入効果の目安

太陽光発電は大きな設置面積を必要とするものの、設置場所を選ばない。日本においても、潜在的には必要量よりも桁違いに多い設備量（7984GWp = 約8TWp分）が導入可能と見積もられている。このため太陽光発電の導入量は、安定電力供給の電源構成上の観点から決まるとされる[61]。そのような観点から導入可能な設備量は102GWp-202GWp程度と言われる。その中では、建造物へのソーラーパネル設置により期待される導入量が多く、積極的に開発を進めた場合の将来の導入可能量は戸建住宅53GWp(ギガワットピーク)、集合住宅22GWp、大型産業施設53GWp、公共施設14GWp、その他が60GWpなどとなっている[62]。 太陽光発電の累計導入設備量が100GWp（=1億kWp）になると、その発電量は日本の年間総発電量の約10%に相当する（200GWpで約20%、8TWpで8倍の計算）。

世界的に見ると、日本における平均年間日照量は最も日照の多い地域の半分程度であるが、導入量世界一のドイツよりも多い（右上図参照）。国内で見ると、冬期に晴天が少なく積雪の多い日本海側では日照量・発電量が少なく、太平洋側で多くなる[63]。

「太陽光発電の資源量」も参照

[編集] 温室効果ガス（GHG）の排出量とエネルギー収支

太陽光発電のGHG排出量は化石燃料電源の排出量より格段に少なく、利用することでGHG排出量を削減できる[64]。またEPT（後述）やエネルギー収支の点でも実用水準であるとされる[65]。

[編集] 主な影響要因

太陽光発電の発電電力当たりのGHG排出量や投入エネルギー量は、システム製造工程と、設置環境において発電できる量でほぼ決まる。運転時は燃料を必要とせず、GHGを排出しない[64]。メンテナンスや廃棄時に排出するGHGや投入エネルギー量も比較的少ない[66]。

  • システム製造時のGHG排出量や投入エネルギー量は、システムに用いる太陽電池の型や、量産に用いる技術、量産規模などに影響される。一般に単結晶シリコン型が最も多く、これに多結晶シリコン型が続く[66]。薄膜型（アモルファス、CdTe、CIGS、積層型など）は比較的少ない。また生産規模の影響については、例えば年間生産量が10MWから1GWになると、設備容量あたりの投入エネルギー量が半分以下になると計算されている[57]。
  • 実際の設置地域で寿命までに発電できる量は日照時間や温度などの影響を受ける。緯度や気候のデータ、過去の実績などから大まかな予測が可能である[67]。

[編集] 温室効果ガス（GHG）排出量

太陽光発電は設備の製造時などに際してある程度の温暖化ガスの排出を伴うが、運転（発電）中は全く排出しない。採鉱から廃棄までのライフサイクル中の全排出量を、ライフサイクル中の全発電量で平均した値（排出原単位）は数十g-CO2/kWhであり、化石燃料による排出量(日本の平均で690g-CO2/kWh[68]）よりも桁違いに少ない。

  • 日本における排出原単位は、現状の一般家庭の場合で29-78g-CO2/kWh（稼働期間20年の場合。30年に単純換算するとその2/3）と算出されている[69][66]。削減効果の目安は660g-CO2/kWhとされる[69]
  • 欧州南部での見積もりでは、結晶シリコン太陽電池は現状で25-32g-CO2/kWh、将来は約15g-CO2/kWhに減少すると予測されている[70]

「太陽光発電の環境性能」も参照

[編集] エネルギー収支

太陽光発電設備のエネルギー源としての性能を比較するとき、エネルギーペイバックタイム（EPT）やエネルギー収支比(EPR)が指標として用いられることがある。これらは設備の製造やそれに必要な原料の採鉱・精製、保守などに投入されるエネルギーに対して、どれだけの電力が得られるかを示す。ライフサイクルアセスメント(LCA)の一環である。エネルギー収支や環境性能について実用性を否定する意見は、いずれも都市伝説などとして否定されている[71][72][73]。

現状で一般的な値はそれぞれEPTが1-3年程度、EPRが10-30倍程度とされる[74][72]。

「太陽光発電の環境性能」も参照

[編集] 世界各国の状況

世界の太陽電池（セル）生産量[75]

詳しくは太陽光発電の市場動向#世界各国の状況を参照

世界全体の太陽電池の生産量は、指数関数的に拡大し続けている。代表的な統計であるPV NEWSの集計によれば、2010年の生産量は2009年に比べて111%増加し、23.9GWp(ギガ・ワットピーク)となった[75]（値は調査会社によって異なり、例えばPhoton Internationalでは27.2GWpとしている[76]）。地域別シェアは中国と台湾が合わせて59%、欧州13%、日本9%、北米5%、その他14%である[75]。 世界全体の2010年の太陽光発電の導入量は、EPIAによる集計で16.6GWpと見られる[77]。solarbuzz社による集計では18.2GW、額にして820億米ドル(約6.5兆円)であった[78]。地域別の年間導入量は、欧州が13.2GWpで約８割を占め、次いで日本(0.99GWp)、北米(0.98GWp)、中国(0.52GWp)、APEC(0.47GWp)、その他(0.42GWp)となっている[77]。 市場規模は2025年には太陽電池そのものが約9兆円、構成機器全体では約13兆円、システム構築市場が約18兆円等、それぞれ2009年の5倍以上に達すると言われている[79]。

[編集] セル製造シェア

詳しくは太陽光発電の市場動向#世界各国の状況を参照

2010年の世界市場での太陽電池セル製造メーカー上位3社のシェアは次の通りである[80]。上位10企業のシェアの合計は44%で、2008年の54%[81]から低下している。上位10社では、日本のシャープと京セラがそれぞれ8位と10位である[80]。

中華人民共和国の旗 中国 Suntech 6.6%
中華人民共和国の旗 中国 Ja Solar 6.1%
アメリカ合衆国の旗 アメリカ合衆国/ドイツの旗 ドイツ/マレーシアの旗 マレーシア First Solar 5.9%

[編集] 太陽電池セル製造用装置メーカー

2008年の世界市場での太陽電池セル製造装置売上高トップはアプライド・マテリアルズであった[82]。以下Roth & Rau、Centrotherm、OC Oerlikon Balzers、アルバックと続く。詳しくは太陽光発電の市場動向を参照。

[編集] 政策

  • 固定価格買い取り制度（フィードインタリフ制度）によって法的に電力の買い取り価格を保証する国が増加しており[83]、顕著な普及促進効果が報告されている[84][85]。固定価格買い取り制も参照。
  • 欧州(EU)では電力の34%程度が風力や太陽光などを含む再生可能エネルギーで賄われる可能性があると予測されている[86]。2008年12月には、2020年までにエネルギー需要の20%を再生可能エネルギーで供給することを決定している[87][88]。先行するドイツでは、国内における設備導入費用が2006年からの５年間で半額以下になっている[89]。太陽光発電のコストも参照。

[編集] 日本の状況

日本における太陽電池の出荷状況[90]
日本におけるモジュール単価の推移[91]

詳細は「太陽光発電の市場動向」を参照

日本はオイルショックを経験した1970年代から開発と普及に力を入れており[92]、生産量や導入量で長らく世界一を誇っていた[93]。2000年ごろまでは、欧州全体より日本一国の方が発電量が多かった。

しかし近年は他国に冠を奪われている。2004年頃には世界の約半分の太陽電池を生産していたが、2010年の生産世界シェアは9%である[75]。生産量は2GWpを超えて増加しており（右図）[94]、うち半分以上を輸出している。輸入量は国内販売量の約16%である[95]。国内出荷量の約8割が住宅向けである[95]。個人宅向けが中心であるが、近年は集合住宅での導入例も見られる[96][97]。

2005年に新エネルギー財団(NEF)による助成が終了すると国内市場は縮小し、価格も下げ止まった。これを受けて2008年以降に助成策が強化されると、国内市場は拡大を再開し、価格も再び下がり始めた（右図；詳しくは太陽光発電の市場動向#歴史的経過を参照）。また関連産業の規模は2010年度は約1.3兆円（見込み）であった[98]。2011年度は約1.5兆円に拡大する見込みである[98]。うち約半分がセル・モジュールで、残り半分がそれ以外の産業の分である[98]。関連雇用は4万人を超えたと見られている[91]。

[編集] 政策

詳細は「太陽光発電の市場動向#助成策」を参照

日本では2011年現在、余剰電力買取制度（固定価格買取制度の一種）のほか、国・自治体による各種助成策が実施されている。また2012年から公共・産業向け設備に対する全量買い取り制度が導入されると共に、他の再生可能エネルギーも対象に加わる予定である[99]。 共同で大規模な発電システムを設置・運営し、売電収入を分配する市民共同発電所の設置例・検討例も見られる[100][101][102]。

[編集] 日本の主な太陽光発電システムメーカー

2010年における日本の太陽電池生産企業は1位がシャープであり、以下京セラ、三洋電機、三菱電機と続く[80]。詳しくは太陽光発電の市場動向を参照。 上記以外にもセル生産や部材供給に関わる企業が多数存在する（例：[103]）。

近年は中国等海外からも国内市場への参入例が見られる[104]。

[編集] 宇宙太陽光発電

宇宙太陽光発電衛星の想像図

詳細は「宇宙太陽光発電」を参照

太陽光発電の最大の欠点として、太陽光に依存するため、夜間に発電できず、天候や気温によって発電量も変化してしまう点が上げられる。

この欠点を回避するため、宇宙で太陽光発電を行う宇宙太陽光発電という構想があり、現在は日本、アメリカ、欧州が中心となって研究が進められている。

宇宙に太陽光発電用の人工衛星を打ち上げ、太陽光のエネルギーをマイクロ波またはレーザー光に変換して地上の受信局に送信し、地上で再び電力に変換するという構想である。宇宙空間の太陽光は、大気に遮られる地上よりも強力である。また大気圏外で受光するため、地球上の天候（雲）や季節に左右されない。

[編集] 外部リンク

[編集] 解説サイト

公的機関や業界団体により、解説サイトが設置されている。

日本国内
日本国外

この他、各メーカーや販売企業によるものもある。詳しくは各企業のサイトを参照されたい。

[編集] 産業団体

太陽光発電に関連の深い産業団体としては、下記のようなものがある。

日本国内

[編集] 公的機関

日本国内

[編集] 研究開発

[編集] 専門部署を有する研究機関

日本国内
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[編集] 専門学会・展示会

代表的な専門学会・展示会を下記に記す。近年は併催の展示会の規模が増す傾向があり、また展示会が主体のものも増えている。

国際学会

国際的な展示会は年間数十件に上る[108]。

日本国内の学会

[編集] 専門論文誌

[編集] 主なNGO・ユーザー団体

[編集] 脚注

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  15. ^ Solar Photovoltaics competing in the energy sector – On the road to competitiveness, EPIA, Sep 2011(ページ内で当該PDFにリンクされている）, Figure 3
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  107. ^ Solarbuzzの展示会情報

[編集] 関連項目

ウィキメディア・コモンズには、太陽光発電に関連するカテゴリがあります。

[編集] 参考文献

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  • 浜川圭弘・桑野幸徳「太陽エネルギー工学」ISBN 4-563-03603-X
  • 和田木哲哉（野村證券）、爆発する太陽電池産業、東洋経済新報社、2008年11月、ISBN 978-4-492-76178-6
  • 飯田哲也「自然エネルギー市場」ISBN 4-8067-1303-1
  • 太陽光発電協会編「太陽光発電システムの設計と施工」ISBN 4-274-20273-9
  • 産業技術総合研究所太陽光発電研究センター編著「トコトンやさしい太陽電池の本」ISBN 978-4-526-05795-3
表・話・編・歴
発電
発電機使用
その他
発電機不使用
Portal:エネルギー
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